【儀表網 研發快訊】近期，北京理工大學化學與化工學院安橋石團隊在《Science Bulletin》上發表題為“Synergistic effect of two complementary acceptors assists high-efficiency as-cast organic solar cells”的研究論文。北京理工大學為唯一通訊單位，安橋石特別研究員為為本論文唯一通訊作者。
得益于新型非富勒烯受體與聚合物給體材料的設計與開發，單結有機光伏電池的光電轉換效率已突破20%，初步滿足其商業化生產的效率需求。然而，高效率器件普遍依賴于復雜的前/后處理工藝(如熱溶液、熱基底、熱退火、溶劑熏蒸等)，這些復雜的優化工藝難以兼容卷對卷印刷、狹縫涂布等低成本大面積制備技術，導致生產成本攀升與器件批次穩定性下降。其次，多步工藝疊加將加劇活性層結構-性能關系的復雜性，阻礙材料體系的迭代優化。因此，開發活性層無需任何處理工藝的鑄態器件成為該領域突破產業化瓶頸的關鍵方向。
基于此，該工作通過選用化學結構相似的兩種小分子受體Y6和Y6-1O，與聚合物給體D18匹配制備鑄態有機光伏電池。兼容性良好的兩種小分子受體具有互補的帶隙和能級，因此通過調控Y6和Y6-1O的摻雜比例，有助于優化三元器件的短路電流密度與開路電壓的平衡。成膜動力學、活性層形貌和理論計算研究結果表明，Y6-1O具有更強的聚集性，且其與給體D18的結合能高于Y6與D18的值，這使得D18:Y6-1O二元體系具有更快的成膜過程。有趣的是，通過調控三元體系中Y6-1O的含量能夠調節活性層成膜時間，可以有效地控制D18分子的聚集。最終構筑出有利于激子解離、電荷傳輸與收集的理想活性層形貌，從而顯著降低了三元器件的能量損失并提升了填充因子。得益于這兩種受體分子的協同作用，最終制備出效率為19.51%的三元鑄態器件。
該研究系統闡釋了分子間相互作用、成膜動力學、活性層形貌與器件性能之間的構效關系，為高效鑄態有機光伏電池的開發提供了理論指導。
該成果得到了國家自然科學基金，北京市自然科學基金，北京理工大學科技創新計劃等項目的資助以及北京理工大學分析測試中心的支持。
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